Dokument: Ultrasonic monitoring of the tablet compression process using different pharmaceutical excipients

Titel:	Ultrasonic monitoring of the tablet compression process using different pharmaceutical excipients
Weiterer Titel:	Ultraschallmonitoring des Tablettenkompressionsprozesses verschiedener pharmazeutischer Hilfsstoffe
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=61897
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20230215-105347-3
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Kern, Melinda [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 15,17 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 01.02.2023 / geändert 01.02.2023
Beitragende:	Prof. Dr. Breitkreutz, Jörg [Gutachter] Prof. Dr. Seidlitz, Anne [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften » 610 Medizin und Gesundheit
Beschreibungen:	One crucial step in the manufacturing of solid oral dosage forms is the tablet compaction process. However, even though tableting has been commonly applied for decades, the mechanistic details of this process are still not wholly understood. Therefore, the evaluation of novel characterisation tools with the aim of improving the understanding of process and materials is of high interest as it can reduce the efforts in time and cost associated with the still dominating trial and error approach. One method used for the testing of materials is ultrasound. As sound waves are susceptible to changes in porosity, its application in the monitoring of the tablet compression process is promising. Therefore, in this work, the applicability of the Kilian Inline Measurement System, attached to the Styl’One Evolution compaction simulator, capable of performing ultrasonic measurements in real-time during the compaction process was evaluated. It could be shown that the system delivers highly reproducible results even after disassembling and reassembling of the hardware components. However, it was seen that moisture content had an influence on the measured ultrasonic velocity, which should be considered when measuring hygroscopic materials. Furthermore, the measured velocity profiles differed for different materials in e.g., slope of the velocity increase during compression, velocity drop during decompression, and length of the decompression signal. These differences could not be explained by either the initial particle size or the chemical composition of the materials, as different grades of mannitol did show distinct profiles, even when comprised of the same polymorphic form. Since ultrasonic velocity is known to be influenced by pore size and shape, the differences in the slope of the velocity increase as a function of compact solid fraction during compression can be explained by the differences in pores structure evolution. It was seen that the materials prone to deform through fragmentation exhibited steeper increases compared to primarily plastically deforming materials. During decompression, the signal stopped abruptly once the contact between sample and punches was lost. Therefore, the decompression signal can be used to determine the immediate elastic recovery of the compacts. Additionally, similar to the compression profiles, the decompression signals were dependent on the analysed materials and mostly independent of the applied pressure. They could, therefore, be used to derive several parameters to differentiate between the tested samples. However, while it was possible to correlate the decompression parameters with the tensile strength of the produced tablets of different grades of the same material, this was not possible for different materials. When comparing the velocity profiles of material blends, it was seen that low amounts of a second component up to 2% (w/w) did not influence the velocity profiles. However, at higher concentrations, a gradual change of the profiles could be observed. The blend profiles were a mixture of their component’s profiles and not lower than the single components as was expected, knowing the tendency of ultrasonic waves decreasing in velocity through addition of a secondary component into the matrix. Overall, ultrasonic testing during compression has the potential to help in the better understanding of the compaction process. However, currently a correlation between in-die and out-die parameters is not possible. Ein entscheidender Schritt bei der Herstellung fester oraler Darreichungsformen ist der Prozess der Tablettenkompression. Obwohl die Tablettierung seit Jahrzehnten allgemein angewandt wird, sind die mechanistischen Details dieses Prozesses noch immer nicht vollständig verstanden. Daher ist die Evaluierung neuartiger Charakterisierungswerkzeuge mit dem Ziel eines besseren Verständnisses des Prozesses sowie der Materialien von großem Interesse, da sie den Zeit- und Kostenaufwand reduzieren können, der mit dem immer noch vorherrschenden Trial-and-Error-Ansatz verbunden ist. Eine Methode, die für die Testung von Materialien eingesetzt wird, ist Ultraschall. Da Schallwellen empfindlich auf Veränderungen der Porosität reagieren, ist ihre Anwendung zum Monitoring des Tablettenkompressionsprozesses vielversprechend. Daher wurde in dieser Arbeit das Kilian Inline-Messsystem, das an den Kompaktionssimulator Styl'One Evolution angeschlossen ist und Ultraschallmessungen in Echtzeit während des Kompressionsprozesses durchführen kann, evaluiert. Es konnte gezeigt werden, dass das System selbst nach der Demontage und dem Wiederzusammenbau der Hardware-Komponenten äußerst reproduzierbare Ergebnisse liefert. Es zeigte sich jedoch, dass der Feuchtigkeitsgehalt einen Einfluss auf die gemessene Ultraschallgeschwindigkeit hat, was bei der Messung hygroskopischer Materialien berücksichtigt werden sollte. Darüber hinaus unterschieden sich die gemessenen Geschwindigkeitsprofile für verschiedene Materialien, z. B. in Bezug auf die Steigung des Geschwindigkeitsanstiegs während der Kompression, den Geschwindigkeitsabfall während der Dekompression und die Länge des Dekompressionssignals. Diese Unterschiede konnten weder durch die ursprüngliche Partikelgröße noch durch die chemische Zusammensetzung der Materialien erklärt werden, da verschiedene Mannitolqualitäten unterschiedliche Profile aufwiesen, selbst wenn sie aus derselben polymorphen Form bestanden. Da die Ultraschallgeschwindigkeit bekanntermaßen von der Porengröße und -form beeinflusst wird, lassen sich die Unterschiede in der Steigung des Geschwindigkeitsprofils als Funktion der Solid Fraction während der Kompression durch die Unterschiede in der Entwicklung der Porenstruktur erklären. Es wurde festgestellt, dass die Materialien, die zur Verformung durch Fragmentierung neigen, einen steileren Anstieg im Vergleich zu den primär plastisch verformenden Materialien aufweisen. Während der Dekompression hörte das Signal abrupt auf, sobald der Kontakt zwischen Kompaktat und Stempeln verloren ging. Daher kann das Dekompressionssignal verwendet werden, um die unmittelbare elastische Rückdehnung der Presslinge zu bestimmen. Außerdem waren die Dekompressionssignale, ähnlich wie die Kompressionsprofile, von den untersuchten Materialien abhängig und weitgehend unabhängig vom angelegten Druck. Sie konnten daher zur Ableitung verschiedener Parameter zur Unterscheidung zwischen den untersuchten Proben verwendet werden. Während es jedoch möglich war, die Dekompressionsparameter mit der Tensile Strength der hergestellten Tabletten verschiedener Sorten desselben Materials zu korrelieren, war dies für unterschiedliche Materialien nicht möglich. Beim Vergleich der Geschwindigkeitsprofile von Materialmischungen zeigte sich, dass geringe Mengen einer zweiten Komponente von bis zu 2% (w/w) keinen Einfluss auf die Geschwindigkeitsprofile hatten. Bei höheren Konzentrationen konnte jedoch eine allmähliche Veränderung der Profile beobachtet werden. Die Profile der Mischungen waren eine Mischung aus den Profilen der einzelnen Komponenten und nicht niedriger als die der Einzelkomponenten, wie es zu erwarten war, da die Ultraschallwellen durch die Zugabe einer zweiten Komponente in die Matrix in ihrer Geschwindigkeit abnehmen. Insgesamt haben Ultraschallmessungen während der Kompression das Potenzial, zu einem besseren Verständnis des Tablettierprozesses beizutragen. Allerdings ist derzeit eine Korrelation zwischen in-die und out-die Parametern nicht möglich.
Lizenz:	Dieses Werk ist lizenziert unter einer Creative Commons Namensnennung 4.0 International Lizenz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Pharmazie » Pharmazeutische Technologie und Biopharmazie
Dokument erstellt am:	15.02.2023
Dateien geändert am:	15.02.2023
Promotionsantrag am:	28.07.2022
Datum der Promotion:	26.10.2022